[論文レビュー] Charm mixing and CPV

F. Ferrari|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、LHCb コラボレーションが時間に依存する測定を用いて、$D^0 \to K^+K^-$ および $D^0 \to \pi^+\pi^-$ 衰えの観測を通じて、charm 衰えにおけるCP対称性の破れを初めて観測した。$\pi$-タグ付きおよび$\mu$-タグ付きサンプルの原始的非対称性を比較し、運動量重み付けを適用して検出および生成の非対称性を相殺することで、CP非対称性の差を分離し、直接CP対称性の破れに対して3.5標準偏差の有意性を得た。

ABSTRACT

In these proceedings, recent results on time-dependent and time-integrated measurements of $C\!P$ violation and of meson mixing in the charm sector are presented, including the first observation of $C\!P$ violation in the charm system.

研究の動機と目的

• 時間積分および時間に依存する測定を用いて、charm メソンの衰えにおける直接CP対称性の破れを探索すること。
• LHCbおよびBelle コラボレーションのデータを用いて、より高い精度でcharm セクターにおけるCP対称性の破れパラメータを測定すること。
• $D^0 \to K^0_S \pi^+ \pi^-$ 衰えモードにおける混合パラメータ$x_{CP}$、$y_{CP}$、$\Delta x$、および$\Delta y$を決定すること。
• 標準模型の予測であるcharm セクターにおけるCP対称性の破れを検証し、新物理の兆候を探索すること。
• これまでで最も正確な1実験によるcharm 混合およびCP対称性の破れパラメータの決定を達成すること。

提案手法

• $D^0 \to K^0_S \pi^+ \pi^-$ 衰えモードにおけるCP対称性の破れ混合パラメータを測定するため、モデルに依存しないビンフリップ法を用いる。
• 強い位相差が一定となるように、$m^2_+ = m^2_-$の周りにダリッツ図を対称なビンに分割する。
• 衰え時間の関数として、ビン$+b$および$-b$における信号収量の比を測定し、$z_{CP} \pm \Delta z$を抽出する。
• $K^+K^-$および$\pi^+\pi^-$最終状態間の生成および検出非対称性を相殺するために運動量重み付けを適用する。
• 信号およびバックグラウンド収量を抽出するために、$m(D^{*+})$および$m(D^{0})$質量分布への同時最小二乗フィットを実行する。
• 統計を増強し、系統誤差を低減するために、プロンプトな$D^{*+} \to D^0\pi^+$および半レプトン的な$\overline{B} \to D^0\mu^-\overline{\nu}_\mu$衰えの組み合わせを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D^0 \to K^+K^-$および$D^0 \to \pi^+\pi^-$モードにおいて、charm 衰えに直接CP対称性の破れがあるか？
• RQ2 charm システムにおけるCP平均化混合パラメータ$x_{CP}$および$y_{CP}$の最も正確な測定値は何か？
• RQ3 混合パラメータ$\Delta x$および$\Delta y$は、charm セクターにおけるCP保存と整合的か？
• RQ4 LHCbの結果は、charm 混合およびCP対称性の破れに関する世界平均にどのように影響を与えるか？
• RQ5 charm システムにおけるCP対称性の破れの観測の有意性は何か？これは新物理を示唆するか？

主な発見

• $D^0 \to K^+K^-$および$D^0 \to \pi^+\pi^-$衰えモードにおいて、3.5標準偏差の有意性で、charm セクターにおけるCP対称性の破れが初めて報告された。
• 測定されたCP非対称性の差$\Delta A_{CP} = A_{CP}(K^+K^-) - A_{CP}(\pi^+\pi^-)$は$(0.014 \pm 0.004)\%$であり、非ゼロのCP対称性の破れと整合的である。
• CP平均化混合パラメータは、$x_{CP} = (2.7 \pm 1.6 \pm 0.4) \times 10^{-3}$および$y_{CP} = (7.4 \pm 3.6 \pm 1.1) \times 10^{-3}$として測定された。
• 混合パラメータ$\Delta x = (-0.53 \pm 0.70 \pm 0.22) \times 10^{-3}$および$\Delta y = (0.6 \pm 1.6 \pm 0.3) \times 10^{-3}$はゼロと整合的であり、顕著な間接CP対称性の破れは観測されなかった。
• 世界平均との組み合わせにより、$x > 0$の証拠が3.5σの水準で得られた。
• この分析は、二次衰えおよび再構成非効率性が主な系統誤差を占める中、これまでで最も正確な1実験によるcharm 混合およびCP対称性の破れパラメータの決定を示した。